Termodinamica

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A PRIMEIRA LEI DA TERMODINAMICA
A

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
Ao estudar este capítulo, você aprenderá:
• Como representar a transferência de calor e o trabalho rea-

lizado em um processo termodinâmico. Como calcular o trabalho nâmico quando realizado por um sistema termodivaria.

seu volume

• O que significa caminho Como usar a primeira transferência gia interna. Como distinguirentre estados termodinâmicos. lei da termodinâmica para relacionar

de calor, trabalho

realizado e variação da ener-

entre processos adiabáticos,

isocóricos,

iso-

báricos e isotérmicos.

irneira lei da termodinâmica explica o funcionamento a loc motiva a vapor. A água é aquecida e ferve, e o

Como

sabemos

que

a energia

interna

de um gás ideal

depende

de suatemperatura. entre calores específicos a volume e à pressão

r -ern expansão realiza o trabalho que impulsiona a omotiva para a frente. Seria possível o vapor impulsioa locomotiva realizando trabalho ao condensar?

A diferença

constantes, e como usar essas grandezas em cálculos. • Como analisar processos adiabáticos em um gás ideal.

oda vez que você dirige um carro, liga umcondicionador de ar ou usa um eletrodoméstico, você está usufruindo dos benefícios práticos da termodinâmica, o estudo das lações envolvendo calor, trabalho mecânico e outros aspectos energia e da transferência de energia Por exemplo, no motor um carro, o calor é gerado pela reação química do oxigênio e gasolina vaporizada nos cilindros do motor. O gás aquecido siona os pistões para dentro dos cilindros,realizando trabamecânico que é usado para impulsionar o carro. Essa transíormação exemplifica um processo termodinâmico. A primeira lei da termodinâmica, fundamental para entender tais processos, é urna extensão do princípio da conservação da energia. Ela amplia esse princípio para incluir trocas de energia tanto por transferência de calor quanto por realização de trabalho, e introduz o conceito deenergia interna de um sistema. A conservação da energia desempenha urn papel vital em todas as áreas das ciências físicas, e a utilidade da primeira lei da termodinâmica é bastante vasta. Para formular relações envolvendo energia com precisão é necessário introduzir o conceito de sistema termodinãmico e definir o calor e o trabalho como dois modos de transferir energia para o interior ou para oexterior desse sistema.

Figura 19.1 A pipoca na panela é um sistema termodinâmico. No precesso termodinâmico mostrado aqui, o calor é fornecido ao sistema e a tampa da panela desloca-se em virtude do trabalho realizado pelo sistema sobre suas vizinhanças.

19.1 Sistemas termodinâmicos
Já estudamos transferências de energia envolvendo trabalho mecânico (Capítulo 6) e transferência de calor(Capítulos 17 e 18). Agora estamos preparados para combinar e generalizar esses princípios.

251

252

FíSICA II

Falaremos sempre de uma energia transferida para dentro ou para fora de um sistema. O sistema pode ser um dispositivo mecânico, um organismo biológico ou uma dada quantidade de material, tal como o refrigerante em um condicionador de ar ou o vapor que se expande em uma turbina. Umsistema termodinâmico é qualquer coleção de objetos que é conveniente encarar como uma unidade, e que tem o potencial de trocar energia com o ambiente. Um exemplo familiar é o de quando se faz pipoca em uma panela com tampa. Quando a panela é colocada sobre a chama do fogão, ocorre transferência de calor por condução para o milho de pipoca; à medida que o milho começa a estalar e se expandir,realiza um trabalho sobre a tampa da panela, que sofre um deslocamento (Figura 19.1). O estado do milho mudou nesse processo, uma vez que o volume, a temperatura e a pressão do milho variaram quando ele começou a estalar. Um processo como esse, no qual ocorrem variações no estado do sistema termodinâmico, denomina-se processo termodinâmico. Na mecânica, usamos normalmente o conceito de sistema...
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